光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的設(shè)計(jì)

【摘要】：隨著社會(huì)生產(chǎn)的日益發(fā)展,隨著能源消耗的不斷增長和生態(tài)環(huán)境的日益惡化,全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)也日益突出。太陽能作為當(dāng)前世界上最清潔、最現(xiàn)實(shí)、最富有、最有大規(guī)模開發(fā)利用前景的可再生能源之一,得到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。在太陽能的利用中,光伏發(fā)電又是其主要發(fā)展方向之一。隨著光伏組件成本的不斷降低和光伏發(fā)電技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善,太陽能將逐漸由現(xiàn)在的補(bǔ)充能源向替代能源過度。由于目前光伏產(chǎn)業(yè)界還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),又因?yàn)楣β实燃?jí)及應(yīng)用場(chǎng)合的不同,使各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光伏發(fā)電系統(tǒng)都得以嘗試使用。隨著不斷的摸索與進(jìn)步,獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)將成為光伏發(fā)電系統(tǒng)中的主流。但是獨(dú)立發(fā)電系統(tǒng)中的輸出電壓和并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)中逆變器的并網(wǎng)運(yùn)行控制是目前光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的兩大難題。在此背景下,本文針對(duì)光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器進(jìn)行分析研究。在前人的基礎(chǔ)上,對(duì)一些光伏發(fā)電系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵問題如最大功率點(diǎn)跟蹤、光伏發(fā)電系統(tǒng)控制策略、調(diào)制方式等做了詳細(xì)的理論分析,并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了上述問題的優(yōu)化方案。 首先,針對(duì)光伏發(fā)電現(xiàn)狀進(jìn)行分析,了解到目前光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)所面臨的嚴(yán)峻環(huán)境和要推動(dòng)光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展所面臨的問題,并對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹,提出了光伏并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)對(duì)并網(wǎng)逆變器的要求。 其次,光伏發(fā)電主要利用了太陽光輻射能量,通過光伏電池陣列收集輻射能量,進(jìn)而將輻射能量轉(zhuǎn)換為電能,這些電能通過電能儲(chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)存起來供給負(fù)載或者直接通過逆變器轉(zhuǎn)換為工頻電能饋送到電網(wǎng)。在對(duì)光伏電池的電氣特性進(jìn)行詳細(xì)分析后,建立了基于Matlab的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行仿真,并對(duì)其電氣特性進(jìn)行驗(yàn)證。太陽能光伏陣列的轉(zhuǎn)換效率是可以充分提高的,其關(guān)鍵的技術(shù)是最大功率點(diǎn)跟蹤(MPPT)技術(shù)。通過對(duì)幾種常用的最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)出了變步長的電導(dǎo)增量法,用來提高光伏發(fā)電系統(tǒng)的太陽能利用效率 再次,光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路主要由DC/DC變換器、DC/AC逆變器、濾波器三部分構(gòu)成。分析了光伏發(fā)電系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu)和工作特性、原理,在此基礎(chǔ)上對(duì)DC/DC變換器進(jìn)行了詳細(xì)的分析,在幾種常用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中選出最合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)boost變換器。對(duì)功率開關(guān)管器件進(jìn)行了介紹,但是由于成本及條件的限制,分立元件將替代智能功率模塊IPM。由于在IGBT的應(yīng)用中,隨著電壓、電流頻率的不斷增加,需要搭建緩沖電路對(duì)IGBT進(jìn)行保護(hù),于是設(shè)計(jì)了RCD緩沖電路,并對(duì)其工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析,電路參數(shù)也進(jìn)行了計(jì)算。針對(duì)主電路的特點(diǎn)對(duì)濾波器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了選擇,研究了逆變電路的濾波器的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法,計(jì)算出了主電路的關(guān)鍵參數(shù),并進(jìn)行仿真驗(yàn)證。 然后,對(duì)光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的控制電路進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了高效率的驅(qū)動(dòng)電路,并對(duì)其缺陷部分進(jìn)行完善,增加了負(fù)偏壓電路和保護(hù)電路,保證了驅(qū)動(dòng)電路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)光伏發(fā)電系統(tǒng)所需檢測(cè)的信號(hào)的特性,設(shè)計(jì)合適的檢測(cè)電路,保證控制系統(tǒng)對(duì)光伏發(fā)電整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)和運(yùn)行的控制；同時(shí)為了給控制系統(tǒng)穩(wěn)定供電,還設(shè)計(jì)了輔助電源來保證供電電壓的穩(wěn)定性；對(duì)逆變器的控制方法也進(jìn)行了介紹,提出了雙閉環(huán)控制方案。雙閉環(huán)控制器包括平均值控制器和瞬時(shí)值控制器。其中,外環(huán)為平均值控制器,內(nèi)環(huán)為瞬時(shí)值控制器。外環(huán)使用平均值控制器,具有較高的輸出精度；內(nèi)環(huán)通過瞬時(shí)值控制獲得快速的動(dòng)態(tài)性能,保證輸出畸變率較低。并對(duì)控制策略進(jìn)行了仿真,驗(yàn)證了其對(duì)諧波的控制有很好的效果。 最后,在對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路的工作特性、原理詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上,對(duì)SVPWM調(diào)制技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的離散化分析,最終選擇SVPWM調(diào)制技術(shù)來驅(qū)動(dòng)光伏發(fā)電系統(tǒng),并詳細(xì)設(shè)計(jì)了其實(shí)現(xiàn)方法。并對(duì)采用SVPWM調(diào)制技術(shù)得到的實(shí)驗(yàn)波形進(jìn)行了頻譜分析,給出了載波比因素等對(duì)諧波的影響。根據(jù)控制方案設(shè)計(jì)了由微控制器MB90562控制的光伏發(fā)電并網(wǎng)逆變器的軟硬件裝置,完成了數(shù)字化設(shè)計(jì),減少了部分軟件系統(tǒng)的執(zhí)行過程,加快了系統(tǒng)的執(zhí)行速度。 【關(guān)鍵詞】：光伏發(fā)電 最大功率跟蹤技術(shù) 逆變器 SVPWM 濾波器
【學(xué)位授予單位】：長江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM615;TM464
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 本文的研究背景及意義10-11
• 1.2 光伏發(fā)電的發(fā)展?fàn)顩r11-12
• 1.3 光伏發(fā)電系統(tǒng)的介紹12-15
• 1.4 本文所做的工作15-17
• 第二章 光伏電池的電氣特性和最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)17-27
• 2.1 光伏電池的電氣特性及仿真17-23
• 2.2 最大功率點(diǎn)(MPPT)跟蹤技術(shù)23-26
• 2.3 小結(jié)26-27
• 第三章 光伏發(fā)電系統(tǒng)主電路的研究及設(shè)計(jì)27-40
• 3.1 直流(DC/DC)變換器27-31
• 3.2 DC/AC逆變器31-35
• 3.3 濾波器的設(shè)計(jì)35-39
• 3.4 小結(jié)39-40
• 第四章 光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)逆變器控制電路的設(shè)計(jì)40-54
• 4.1 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)40-42
• 4.2 檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)42-47
• 4.3 雙閉環(huán)控制策略47-53
• 4.4 小結(jié)53-54
• 第五章 基于MB90562的SVPWM實(shí)現(xiàn)54-70
• 5.1 MB90562的特點(diǎn)54
• 5.2 SVPWM調(diào)制技術(shù)54-61
• 5.3 SVPWM實(shí)驗(yàn)波形結(jié)果與諧波分析61-64
• 5.4 SVPWM觸發(fā)模塊的設(shè)計(jì)64-65
• 5.5 MPPT算法模塊的設(shè)計(jì)65-67
• 5.6 數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)67-69
• 5.7 小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)70-71
• 致謝71-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 個(gè)人簡(jiǎn)介75-76

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